1、主动悬架技术的分析主动悬架技术的分析 主动悬架技术的分析主动悬架技术的分析【主要内容】【主要内容】一、电控悬架系统概述一、电控悬架系统概述二、电控悬架系统的结构和工作原理二、电控悬架系统的结构和工作原理三、丰田电控悬架系统三、丰田电控悬架系统 一、电控悬架系统概述一、电控悬架系统概述1.汽车传统悬架的缺点汽车传统悬架的缺点悬架的功能有以下几方面：悬架的功能有以下几方面：（1）把路面作用于车轮上的把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）垂直反力（支承力）、纵向反力纵向反力（牵引力和制动力）（牵引力和制动力）和和侧向力侧向力，以及这些反力所造成的力矩都传，以及这些反力所造成的力矩都传递到车架（或承载
2、式车身）上，以保证汽车正常行驶。递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车正常行驶。（2）在装载变化、车速及行驶转弯等情况下，必须使）在装载变化、车速及行驶转弯等情况下，必须使车轮与轴车轮与轴线保持正确配合线保持正确配合，保证车辆的稳定性。，保证车辆的稳定性。（3）保持车辆行驶方向的可操作性，在各种道路条件下保证驾）保持车辆行驶方向的可操作性，在各种道路条件下保证驾驶员能驶员能有效控制转向有效控制转向。（4）与轮胎共同作用，缓冲来自车轮的振动，使车辆舒适、平）与轮胎共同作用，缓冲来自车轮的振动，使车辆舒适、平稳行驶。稳行驶。传统的悬架系统的传统的悬架系统的刚度刚度和和阻尼参数阻尼参数，是按经验设，
3、是按经验设计或优化设计方法选择的，一经选定后，在汽车行驶计或优化设计方法选择的，一经选定后，在汽车行驶过程中就无法进行调节，使得传统的悬架只能保证汽过程中就无法进行调节，使得传统的悬架只能保证汽车在一种特定的道路和速度条件下达到性能最优的匹车在一种特定的道路和速度条件下达到性能最优的匹配，并且只能被动地承受地面对车身的作用力，而不配，并且只能被动地承受地面对车身的作用力，而不能根据能根据道路道路、车速的不同而改变悬架参数车速的不同而改变悬架参数，更不能主，更不能主动地控制地面对车身的作用力。动地控制地面对车身的作用力。1.汽车传统悬架的缺点汽车传统悬架的缺点2.电控悬架的功能电控悬架的功能通过
4、控制调节悬架的刚度和阻尼力，使通过控制调节悬架的刚度和阻尼力，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应。其基本功能如下：相适应。其基本功能如下：1 1车高调整车高调整2 2减振器阻尼力控制减振器阻尼力控制3 3弹簧刚度控制弹簧刚度控制1按传力介质的不同分按传力介质的不同分:气压式、油压式气压式、油压式2按控制理论的不同分按控制理论的不同分 有级半主动式（阻尼力有级可调）有级半主动式（阻尼力有级可调）半主动式半主动式 无级半主动式（阻尼力连续可调）无级半主动式（阻尼力连续可调）全主动式全主动式 按频带和按频带和 能量消耗不同能量消耗不同 慢全主动式慢全主动式
5、主动式主动式 电磁阀驱动的油气主动式电磁阀驱动的油气主动式 按驱动机构按驱动机构 和介质不同和介质不同 步近电动机驱动的空气主动式步近电动机驱动的空气主动式3.电子控制悬架系统的种类电子控制悬架系统的种类（二）电控悬架系统的结构和工作原理（二）电控悬架系统的结构和工作原理 电子控制液电子控制液压悬架，能根据压悬架，能根据悬架的悬架的质量质量和和加加速度速度等，利用液等，利用液压部件控制汽车压部件控制汽车的振动。的振动。1电控液压调节悬架减振力（阻尼力）电控液压调节悬架减振力（阻尼力）电控调节电控调节减振力（阻尼力）减振力（阻尼力）及及弹簧刚度弹簧刚度的控制的控制过程为：过程为：通过电脑（自动）
6、及手动开关，可改变悬架通过电脑（自动）及手动开关，可改变悬架弹簧的弹性弹簧的弹性系数系数和和减振器的缓冲力减振器的缓冲力。电脑根据行车条件自动调整车辆。电脑根据行车条件自动调整车辆减震力和阻尼力，通过减震力和阻尼力，通过控制缓冲力的强弱来控制缓冲力的强弱来消除车辆行驶消除车辆行驶中的不平衡，可以使车辆在颠簸路面上保持平稳姿态，并中的不平衡，可以使车辆在颠簸路面上保持平稳姿态，并自动调整车辆在紧急制动时的前倾和急加速时的后仰，以自动调整车辆在紧急制动时的前倾和急加速时的后仰，以保证乘座的舒适性。保证乘座的舒适性。2电控液压调节车高电控液压调节车高 在前轮和后轮的在前轮和后轮的附近设有附近设有车高
7、传感器车高传感器，按车高传感器的输出按车高传感器的输出信号，微机判断出车信号，微机判断出车辆高度，再控制辆高度，再控制进出进出油孔的开闭油孔的开闭，使油气，使油气弹簧压缩或伸长，从弹簧压缩或伸长，从而控制车辆高度。而控制车辆高度。电子调整空气悬架中贮有起弹簧作用的压缩空气，减电子调整空气悬架中贮有起弹簧作用的压缩空气，减振器减振力、弹簧刚度和汽车高度控制，可根据驾驶条件振器减振力、弹簧刚度和汽车高度控制，可根据驾驶条件自动控制和人为的开关控制。自动控制和人为的开关控制。电子调整空气悬架是电子调整空气悬架是ECU根据高度位置传感器，检测根据高度位置传感器，检测车身高度，通过控制车身高度，通过控制
8、空气压缩机和高度，空气压缩机和高度，控制控制电磁阀的工电磁阀的工作状况，作状况，来完成对空气弹簧的来完成对空气弹簧的充放气充放气来调节车身的高度。来调节车身的高度。根据加速度传感器、制动灯开关、转向传感器等检测根据加速度传感器、制动灯开关、转向传感器等检测车辆的运行情况，通过控制悬架控制执行器的工作状态，车辆的运行情况，通过控制悬架控制执行器的工作状态，来调节空气弹簧和减振器的刚度用减振力（阻尼力）。来调节空气弹簧和减振器的刚度用减振力（阻尼力）。3.电控空气悬架电控空气悬架 三、丰田电控悬架系统三、丰田电控悬架系统 1丰田丰田LS400电控悬架的功能电控悬架的功能1）车身高度控制功能，）车身
9、高度控制功能，2）减振力（阻尼力）与弹簧刚度控制功能）减振力（阻尼力）与弹簧刚度控制功能 LS400电控悬架系统主要是由电控悬架系统主要是由压缩空气系压缩空气系统统和和电子控制系统电子控制系统两部分组成。两部分组成。主要部件有：车辆高度控制阀，悬架高度主要部件有：车辆高度控制阀，悬架高度传感器，汽车转向角传感器，压缩空气排气阀，传感器，汽车转向角传感器，压缩空气排气阀，悬架控制电脑、执行器、各种手动控制开关和悬架控制电脑、执行器、各种手动控制开关和汽车仪表板上的各种显示仪表、指示灯等。汽车仪表板上的各种显示仪表、指示灯等。2LS400电控悬架系统的构成电控悬架系统的构成LS400电控空气悬架元
10、件位置电控空气悬架元件位置LS400空气悬架电子控制系统示意图空气悬架电子控制系统示意图 3.LS400电控悬架工作原理电控悬架工作原理1）车身（底盘）高度工作原理）车身（底盘）高度工作原理 车辆使用中，悬架车辆使用中，悬架ECU通过悬通过悬架高度位置传感器检测车身（底架高度位置传感器检测车身（底盘）的高度，如盘）的高度，如高出高出规定，则规定，则ECU使使空气压缩机空气压缩机工作，同时打工作，同时打开开高度电磁阀高度电磁阀，压缩空气经过干，压缩空气经过干燥器干燥后，经高度电磁阀，进燥器干燥后，经高度电磁阀，进入气压缸，使车身（底盘）升高。入气压缸，使车身（底盘）升高。如检测车身底盘，高度如检
11、测车身底盘，高度低于低于规定，则打开规定，则打开高度电磁阀高度电磁阀和和排气排气阀阀，在车身重力的作用下，使气，在车身重力的作用下，使气体排出气压缸，从而降低车身体排出气压缸，从而降低车身（底盘）高度。其中，压缩机只（底盘）高度。其中，压缩机只在升高的过程中工作，其余时间在升高的过程中工作，其余时间均不工作。均不工作。2）悬架减振力（阻尼力）、）悬架减振力（阻尼力）、弹簧刚度工作原理弹簧刚度工作原理 LS400悬架悬架结构结构 当空气阀转到如图的位置时，当空气阀转到如图的位置时，主、副气室的气体通道被主、副气室的气体通道被打开打开，主气室的气体经空气阀的，主气室的气体经空气阀的中间孔中间孔与副
12、气室的气体相通，与副气室的气体相通，相当于空气弹簧的工作容积增大，空气弹簧的刚度为相当于空气弹簧的工作容积增大，空气弹簧的刚度为“软软”。（1 1）空气弹簧的变刚度工作原理空气弹簧的变刚度工作原理 当空气阀转到如图所示的位置时，当空气阀转到如图所示的位置时，主、副气室的气体通道主、副气室的气体通道被关闭被关闭，主、副气室之间的气体不能相互流动，此时的空气弹，主、副气室之间的气体不能相互流动，此时的空气弹簧只有主气室的气体参加工作，空气弹簧的刚度为簧只有主气室的气体参加工作，空气弹簧的刚度为“硬硬”。（1 1）空气弹簧的变刚度工作原理空气弹簧的变刚度工作原理 一般变阻尼减振器的结构：外壳为一个长
13、圆柱缸筒，带有一般变阻尼减振器的结构：外壳为一个长圆柱缸筒，带有活塞的活塞杆插入缸筒内，缸筒内充满液压油，活塞上有节流孔。活塞的活塞杆插入缸筒内，缸筒内充满液压油，活塞上有节流孔。（2）变）变减振力减振力（变阻尼力）工作原理（变阻尼力）工作原理变变阻尼阻尼减振器的阻尼力调节特性减振器的阻尼力调节特性 阻尼力较弱时阻尼力较弱时 阻尼力中等时阻尼力中等时 阻尼力较强时阻尼力较强时 4.丰田电控悬架系统主要部件丰田电控悬架系统主要部件（1）空气压缩机）空气压缩机 空气压缩机由空气压缩机由活塞活塞和和曲柄连杆机曲柄连杆机构构组成，组成，直流永磁直流永磁电动机驱动电动机驱动，具有，具有大扭矩大扭矩和和快
14、速起动快速起动等特点。等特点。空气干燥器用于去除系统内空气干燥器用于去除系统内由于空气压缩而产生的水分由于空气压缩而产生的水分。为。为使结构紧凑，排气电磁阀、空气干燥器装在一起。空气干燥器安使结构紧凑，排气电磁阀、空气干燥器装在一起。空气干燥器安装在装在高度控制阀高度控制阀和和排气阀排气阀之间，内部充满了硅胶。之间，内部充满了硅胶。（2）空气干燥器空气干燥器 高度控制排气电高度控制排气电磁阀安装于空气干燥磁阀安装于空气干燥器的末端，当接收到器的末端，当接收到控制电脑发出降低悬控制电脑发出降低悬挂高度的指令时，即挂高度的指令时，即将系统中的压缩空气将系统中的压缩空气排出。排出。（3）排气电磁阀排
15、气电磁阀 高度控制电磁阀安装于高度控制电磁阀安装于空气干燥器空气干燥器和和气动减振器气动减振器之间。用于控之间。用于控制汽车悬挂的高度调节。制汽车悬挂的高度调节。高度控制电磁阀由电磁阀、阀体等组成。高度控制电磁阀由电磁阀、阀体等组成。（4）高度控制电磁阀高度控制电磁阀 在汽车悬挂高度需要上升时：在汽车悬挂高度需要上升时：高度控制电磁阀高度控制电磁阀接通，排气电磁阀关闭，向接通，排气电磁阀关闭，向气动减振器气动减振器充入压缩空充入压缩空气，使汽车悬挂升高。气，使汽车悬挂升高。在汽车悬挂高度需要下降时：在汽车悬挂高度需要下降时：高度控制电磁阀高度控制电磁阀接通，排气电磁阀打开，压缩空气通过接通，排
16、气电磁阀打开，压缩空气通过空气干燥器空气干燥器排入大气中。排入大气中。空气悬架系统一般采用空气悬架系统一般采用钢管钢管和和尼龙软管尼龙软管作为空气管。钢管用于作为空气管。钢管用于固定在车身上的固定在车身上的前、后高度控制阀之间的固定管道前、后高度控制阀之间的固定管道；尼龙软管用于；尼龙软管用于诸如诸如空气弹簧与高度控制阀之间有相对运动的管道空气弹簧与高度控制阀之间有相对运动的管道。尼龙软管采用。尼龙软管采用单触式接头单触式接头，以方便维修和具有良好的密封性。，以方便维修和具有良好的密封性。（5）空气管）空气管 空气悬架系统有空气悬架系统有4个个气动减振器，每个气动减振器都包气动减振器，每个气动
17、减振器都包括一个括一个可变化阻尼力可变化阻尼力的减振器和的减振器和可变化弹性系数可变化弹性系数的空气弹簧。的空气弹簧。（6）气动减振器）气动减振器(1(1）空气弹簧）空气弹簧 空气弹簧安装于气动减振器的上端，与可变化阻尼力空气弹簧安装于气动减振器的上端，与可变化阻尼力的减振器一起构成悬挂支柱，上端与车架相连，下端安装的减振器一起构成悬挂支柱，上端与车架相连，下端安装在悬挂摆臂上。空气悬架的空气弹簧由在悬挂摆臂上。空气悬架的空气弹簧由空气室空气室和和空气阀空气阀两两部分组成，部分组成，(2(2）可变阻尼减振器）可变阻尼减振器 可变阻尼减振器安装于气动减振器的下端，与空气弹可变阻尼减振器安装于气动
18、减振器的下端，与空气弹簧一起构成悬挂支柱，上端与车架相连，下端安装在悬挂簧一起构成悬挂支柱，上端与车架相连，下端安装在悬挂摆臂上。摆臂上。电磁式悬架调节执行器由电磁式悬架调节执行器由步进电机驱动步进电机驱动。步进电机装在悬架调。步进电机装在悬架调节执行器内，由定子和线圈以及永磁转子组成。定子有两个节执行器内，由定子和线圈以及永磁转子组成。定子有两个12极的极的铁芯，相互错开半齿而对置，两个线圈绕在两个铁芯上，但绕线方铁芯，相互错开半齿而对置，两个线圈绕在两个铁芯上，但绕线方向相反。转子则是一个具有向相反。转子则是一个具有12极的永久磁铁。极的永久磁铁。（7）电磁式悬架调节执行器）电磁式悬架调节
19、执行器 线性式高度传感器的安装位置如图，线性式高度传感器利线性式高度传感器的安装位置如图，线性式高度传感器利用用因悬架因悬架位移量的变化位移量的变化而造成而造成电阻器阻值的变化电阻器阻值的变化，得到，得到线性式线性式的输出的输出，这种传感器具有，这种传感器具有检测精度高检测精度高的特点。的特点。（8）线性式高度传感器）线性式高度传感器线性式高度传感器结构线性式高度传感器结构 加速度传感器用于测量加速度传感器用于测量车身的垂直加速度车身的垂直加速度。加速度传。加速度传感器共有感器共有3个，两个前加速度传感器分别装在前左、前右个，两个前加速度传感器分别装在前左、前右高度传感器内；一个后加速度传感器
20、装在高度传感器内；一个后加速度传感器装在行李箱行李箱右侧右侧的下的下面面。这。这3个加速度传感器分别检测车身的前左、前右和后个加速度传感器分别检测车身的前左、前右和后右位置的垂直加速度。车身右位置的垂直加速度。车身后左位置后左位置的垂直加速度则由悬的垂直加速度则由悬架架ECU从这从这3个加速度传感器所获得的数据推导出来。个加速度传感器所获得的数据推导出来。（9）加速度）加速度传感器传感器加速度传感器位置加速度传感器位置加速度传感器结构加速度传感器结构 转角传感器外形结构如图，转角传感器外形结构如图，该传感器位于该传感器位于转向盘下面转向盘下面，装在组合开关总成内，用于装在组合开关总成内，用于检测汽车检测汽车转弯的方向转弯的方向和和转弯转弯的角度的角度。转向传感器由一个。转向传感器由一个信号盘（有缝圆盘）和两个信号盘（有缝圆盘）和两个遮光器组成。每个遮光器有遮光器组成。每个遮光器有一个一个发光二极管发光二极管和和光敏晶体光敏晶体管管，两者相互对置，并固定，两者相互对置，并固定在转向柱管上。信号盘沿圆在转向柱管上。信号盘沿圆周开有周开有20条光缝，它被固定条光缝，它被固定在方向盘主轴上，随主轴转在方向盘主轴上，随主轴转动而转动。动而转动。（10）转角）转角传感器传感器转角传感器原理转角传感器原理
